應(yīng)用于UHF頻段的磁介材料及讀寫器天線研究.pdf

1、近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域,射頻識別(RFID)作為物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)得到了快速發(fā)展,其系統(tǒng)內(nèi)部的硬件尺寸變得越來越小,如何實現(xiàn)RFID讀寫器天線的小型化變得至關(guān)重要。除了結(jié)構(gòu)上的調(diào)整,引入低損耗的磁介電材料替代傳統(tǒng)的介質(zhì)基板可以很好地實現(xiàn)天線的小型化,同時引入的磁損耗還能夠拓寬天線阻抗帶寬。實驗證明,在獲得相同小型化的情況下,采用磁介電材料所獲得的阻抗帶寬將優(yōu)于高介電常數(shù)基板。為此,本論文較為系統(tǒng)地研究了一種應(yīng)用于超高頻(

2、UHF)RFID頻段(840~960MHz)的低損耗磁介電材料,并基于該材料設(shè)計并制作了兩種不同結(jié)構(gòu)的讀寫器天線,以驗證試驗方案的可行性。
　　一方面,從材料入手,對Co2Z鐵氧體進(jìn)行研究,逐步分析了缺鐵、鋁替代鐵和摻雜BBSZ玻璃等方案對材料性能的影響。實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)缺少兩個鐵原子時,材料具有較好的電磁性能。然后,進(jìn)行了鋁替代鐵實驗方案,Al3+替代Fe3+有效地抑制了Fe2+的出現(xiàn)以降低材料的磁介電損耗;隨著鋁替代量的增加,材料

3、的磁介電損耗均呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢,在鋁替代量x為1.6,980℃燒結(jié)下材料的損耗達(dá)到最低。最后,基于鋁替代鐵方案進(jìn)行了摻雜BBSZ玻璃的實驗以提高材料的燒結(jié)致密化。研究發(fā)現(xiàn),隨著BBSZ含量的增加,材料的磁導(dǎo)率和介電常數(shù)均有明顯的提高,過多的摻雜量會使磁導(dǎo)率略微下降;在BBSZ含量為3.0wt％,燒結(jié)溫度為950℃時材料具有最優(yōu)性能。
　　另一方面,基于自制的材料設(shè)計并制作了兩種不同類型的RFID讀寫器天線。第一種天線采用傳統(tǒng)

4、的微帶天線結(jié)構(gòu)-圓環(huán)形輻射貼片,在偏離饋電45°方向內(nèi)環(huán)開槽實現(xiàn)圓極化輻射,該天線的中心頻率約為914MHz,S11小于-10dB時天線的阻抗帶寬達(dá)到48MHz,但其增益較低。針對第一種天線增益較低的問題,在天線正上方懸置了一個開窗的金屬層設(shè)計了第二種天線,該天線采用開路微帶線進(jìn)行饋電。測試結(jié)果顯示,在中心頻率915MHz處天線的增益達(dá)到3.6dBi,阻抗帶寬達(dá)到29MHz,該天線的輻射方向圖良好。這兩種設(shè)計方案很好地兼顧了RFID讀寫